CN108011763B - 通信数据网络投资建设评估方法 - Google Patents

通信数据网络投资建设评估方法 Download PDF

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CN108011763B
CN108011763B CN201711287166.6A CN201711287166A CN108011763B CN 108011763 B CN108011763 B CN 108011763B CN 201711287166 A CN201711287166 A CN 201711287166A CN 108011763 B CN108011763 B CN 108011763B
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Abstract

本发明公开了一种通信数据网络投资建设评估方法,包括以下步骤:S1:获取通信数据网络链路的瓶颈带宽、可用带宽和固有损耗;S2:通过流量统计技术,分析区域内各个业务类型的带宽需求以及业务流量增长率,并求出区域内各个业务类型的带宽需求总和;S3:根据带宽需求预测模型计算获得当前通信数据网络链路的实际带宽需求;S4:获取通信数据网络链路的流量收敛比,根据国网通信部对区域内公司断面业务流量需求预测,通过回溯法计算获得未来几年通信数据网络链路的实际带宽需求;S5:根据上述通信数据网业务性能确定未来几年的投资建设方向;根据各个业务类型的业务流量增长率调整未来各几年各业务类型的业务流量分配比例和业务优先级。

Description

通信数据网络投资建设评估方法
技术领域
本发明涉及一种通信数据网络投资建设评估方法。
背景技术
当今,通信网络在各行各业中均扮演着举足轻重的作用,同时云计算、大数据也已经吹响了时代的号角。在这样的时代背景之下,电网的信息化建设也在朝着该方向不断的演进,并对其业务的保障与促进起着关键作用。与此同时,电网的绝大多数骨干通信网络设备均采用的是传统的通信设备,离成功演进至灵活、弹性、易扩展的SDN网络架构还有一段距离,找出性能瓶颈,预测业务带宽需求,并用于指导其未来网络规划及建设。
发明内容
本发明的目的是提供一种通信数据网络投资建设评估方法,可以计算出性能瓶颈,预测业务带宽需求,并用于指导其未来网络规划及建设。
为解决上述技术问题,本发明提供一种通信数据网络投资建设评估方法,包括以下步骤:
S1:获取通信数据网络链路的瓶颈带宽、可用带宽和固有损耗;
S2:通过流量统计技术,分析区域内各个业务类型的带宽需求以及业务流量增长率,并求出区域内各个业务类型的带宽需求总和;
S3:根据带宽需求预测模型计算获得当前通信数据网络链路的实际带宽需求;
S4:获取通信数据网络链路的流量收敛比,根据国网通信部对区域内公司断面业务流量需求预测,通过回溯法计算获得未来几年通信数据网络链路的实际带宽需求;
S5:根据通信数据网络链路中的所述瓶颈带宽、可用带宽、当前通信数据网络链路的实际带宽需求以及未来几年通信数据网络链路的实际带宽需求确定未来几年的投资建设方向;根据各个业务类型的业务流量增长率,调整未来各几年各业务类型的业务流量分配比例和各业务类型的业务优先级。
进一步地,步骤S1中所述通信数据网络链路的瓶颈带宽的获取方法采用的是变长单包测量法。
进一步地,采用所述变长单包测量法计算通信数据网络链路的瓶颈带宽的方法具体包括:
根据变长单包测量技术原理,计算数据包k在链路i的延时,
数据包从信源到达链路l的时间
Figure BDA0001498686010000021
为:
Figure BDA0001498686010000022
其中,sk为第k个数据包的大小,bi为链路i的容量,di为链路i的固定延时,
Figure BDA0001498686010000023
为测量主机接入通信网络所带来的固有时延;
数据包k离开链路l的时间为
Figure BDA0001498686010000024
为:
Figure BDA0001498686010000025
故数据包k在链路l经历的延时t为:
Figure BDA0001498686010000026
将上述t等效为端到端路径延时T,则有
Figure BDA0001498686010000027
其中,S为数据包的大小,B为端到端路径瓶颈带宽,D为端到端路径传输时延;
即得到端到端路径瓶颈带宽B为:
Figure BDA0001498686010000031
进一步地,步骤S1中所述可用带宽通过自负载周期流测量法获取。
进一步地,步骤S1中所述的可用带宽采用Pathload工具测量获取。
进一步地,所述步骤S2具体包括:
S21:采用流量统计技术,采集当前区域内若干站点的业务流量,根据不同的业务将所述若干站点划分为不同的业务类型;
S22:统计区域各业务类型的业务流量,分析区域内各个业务类型的带宽需求以及业务流量增长率,并求出区域内各个业务类型的带宽需求总和。
进一步地,所述步骤S3具体包括:
根据带宽需求预测模型:
Figure BDA0001498686010000032
又由于通信数据网络链路中存在带宽损耗C,故有
Figure BDA0001498686010000033
其中,上式中的轻载业务流量即为通信数据网络的当前实际通信数据网络链路的带宽需求。
本发明的有益效果为:本申请对通信数据网络的性能进行了全面***分析,计算出了网络性能瓶颈,测量了端到端路径瓶颈带宽和可用带宽,确定了网络的收敛比,并基于当前网络负载对带宽需求进行了预测,以及采用回溯方法对未来5年带宽需求进行了预测,为未来的通信数据网络规划和投资建设方向提供了可靠的数据基础,可根据各个业务类型的业务流量增长率,调整未来各几年各业务类型的业务流量分配比例和各业务类型的业务优先级。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为綦南新局至打通所端到端路径瓶颈带宽拟合直线;
具体实施方式
如图1所示的通信数据网络投资建设评估方法,包括以下步骤:
S1:获取通信数据网络链路的瓶颈带宽、可用带宽和固有损耗;
S2:通过流量统计技术,分析区域内各个业务类型的带宽需求以及业务流量增长率,并求出区域内各个业务类型的带宽需求总和;
S3:根据带宽需求预测模型计算获得当前通信数据网络链路的实际带宽需求;
S4:获取通信数据网络链路的流量收敛比,根据国网通信部对区域内公司断面业务流量需求预测,通过回溯法计算获得未来几年通信数据网络链路的实际带宽需求;
S5:根据通信数据网络链路中的所述瓶颈带宽、可用带宽、当前通信数据网络链路的实际带宽需求以及未来几年通信数据网络链路的实际带宽需求确定未来几年的投资建设方向;根据各个业务类型的业务流量增长率,调整未来各几年各业务类型的业务流量分配比例和各业务类型的业务优先级。
下面分别对各个组件进行详细描述:
根据本申请的一个实施例,上述步骤S1中所述通信数据网络链路的瓶颈带宽的获取方法采用的是变长单包测量法。
根据本申请的一个实施例,采用所述变长单包测量法计算通信数据网络链路的瓶颈带宽的方法具体包括:
根据变长单包测量技术原理,计算数据包k在链路i的延时,
数据包从信源到达链路l的时间
Figure BDA0001498686010000041
为:
Figure BDA0001498686010000042
其中,sk为第k个数据包的大小,bi为链路i的容量,di为链路i的固定延时,
Figure BDA0001498686010000051
为测量主机接入通信网络所带来的固有时延;
数据包k离开链路l的时间为
Figure BDA0001498686010000052
为:
Figure BDA0001498686010000053
故数据包k在链路l经历的延时t为:
Figure BDA0001498686010000054
将上述t等效为端到端路径延时T,则有
Figure BDA0001498686010000055
其中,S为数据包的大小,B为端到端路径瓶颈带宽,D为端到端路径传输时延;
即得到端到端路径瓶颈带宽B为:
Figure BDA0001498686010000056
在实际需要测量端到端路径瓶颈带宽时,主机同时向起始节点loopback口和叶子节点loopback口多次发送一系列大小不一的ICMP ECHO请求数据包,起始节点和叶子节点将会返回相同大小的ICMP ECHO回应包,分别记录往返延时样本中的最小RTT值,该RTT值可以认为已经消除了排队时延,即公式中的D取得了最小值。根据目前Internet普遍标准,数据包大小超过1500byte时,将会被分片传输,因此,本次测量数据包大小控制在了108byte至1458byte之间,数据包以50byte步长递增,每一种数据包大小发送ICMP ECHO请求包20次,分别记录最小RTT值,循环上述过程,本次测量从上午九点至下午5点,总共循环该过程11次,每一次循环均可得到一组带宽值,通过该方法消除统计误差。由于数据包单位为byte,RTT值单位为ms,测得最小RTT值时间包括端到端路径来回双程时间,因此,将以上因素考虑进去,则上述端到端路径延时T变为:
Figure BDA0001498686010000061
上式中,时间T单位为ms,数据包S单位为byte,瓶颈带宽B单位为Mbps,
理论上时间T与数据包大小S关系应为线性关系,但实际由于诸多不确定因素的干扰,如背景流量的突发波动、端到端来回路径不一致、基于统计方法所测的最小RTT值并未完全消除数据包排队时延等,可能使得拟合出来的直线斜率值与真实带宽之间存在差异,如图1为綦南新局至打通所端到端路径瓶颈带宽拟合直线,可见綦南新局至打通所拟合直线斜率为41.4156,也即瓶颈带宽值为41.4156Mbps,该值与真实值相差太大,其他节点拟合结果也是如此。因此,使用直线拟合求带宽的方法在实际中效果并不是很理想。
使用直线拟合求取瓶颈带宽,其需要测量的数据具有良好的线性分布关系,否则拟合出来的直线斜率并不能代表真实的带宽值。通过分析表明,数据点呈现出如图1所示分布情况,这是因为在数据包大小变化比较小的情况下,各种因素的干扰(可以理解为噪声)使得所测的相应RTT值并不准确,在这样的情况下,即使微弱的噪声作用于RTT值上,也会对数据点的分布产生严重的影响。RTT值所携带的噪声由该网络***固有决定,无法避免,因此,要削弱噪声的影响,可以通过扩大数据包变化量的大小来实现,极端情况下,可以选取数据包最小和数据包最大这两个点来进行线性拟合,求其斜率,这样所求值会尽量逼近瓶颈带宽真实值。
基于以上思想,设发送的数据包大小从小到大依次表示为S1,S2…,S28,数据包大小从108byte以步长50byte递增至1458byte,刚好28个数据点,每一个数据包均对应有往返时延最小RTT值,分别记为RTT1leaf,RTT2leaf…,RTT28leaf和RTT1root,RTT2root…,RTT28root,故易得如下公式:
Figure BDA0001498686010000062
Figure BDA0001498686010000063
联立上述两式可以导出:
Figure BDA0001498686010000071
其中,leaf表示端到端路径叶子节点,root表示端到端路径根节点,
Figure BDA0001498686010000072
Figure BDA0001498686010000073
Figure BDA0001498686010000074
Figure BDA0001498686010000075
Figure BDA0001498686010000076
Figure BDA0001498686010000077
采用上述方法计算出端到端瓶颈带宽值如表1所示,测量的带宽值为綦南新局中心机房分别至各叶子站点端到端瓶颈带宽。测量的带宽结果值大多分布在400Mbps至700Mbps之间,因此,本次端到端瓶颈带宽测量值取一代表值650Mbps。实际通信网络中各路由器直接互联接口带宽均为1Gbps,再考虑端到端路径中存在各种因素导致的带宽损耗,本次端到端瓶颈带宽测量结果650Mbps与实际情况吻合良好。表1中的测量结果均是在白天业务繁忙时段进行测量的结果,其测量结果依旧与实际情况相吻合,若想进一步提高测量结果的精度,可以选择在夜晚业务低峰时段进行测量,同时进一步提高发送ICMPECHO请求包的次数(本文中数据收集由于时间关系,每次ICMP ECHO请求包发送次数取20次)。
另外,通过本次测量,找到了端到端路径中带宽存在的固有损耗量,该损耗量是一个固定常数,其值约为350Mbps,即针对该网络互联接口为1Gbps,真正能有效使用的带宽值约为650Mbps,该损耗只跟光传输介质损耗、设备安装链路对接损耗、所经节点数量、传输距离等固有因素有关。因此,在进行带宽需求预测时,可以将该固有损耗量考虑进去。
表1端到端瓶颈带宽测量结果
Figure BDA0001498686010000081
Figure BDA0001498686010000091
根据本申请的一个实施例,步骤S1中所述可用带宽通过自负载周期流测量法获取,其具体采用的是采用Pathload工具测量获取通信数据网络的可用带宽。
Pathload工具是基于自负载周期流测量技术(SLPS)发展起来的一种测量端到端路径可用带宽的技术。其核心思想是在从信源向信宿发送探测包流,探测包流的速率大于测量路径可用带宽的情况下,该探测包流的单向时延呈上升趋势,反之时延则无明显变化。在信源端采用二进制搜索算法(Pathload工具)或线性算法(IGI工具)调节探测包流的速率,通过在信宿端监测其单向时延,在其曲线的拐点处可认为信源端探测包流速率等于测量路径的可用带宽。因此,Pathload应用程序可用于确定两点之间网络路径的理论可用带宽,即使各网络设备处于负载情况下也能进行测试。Pathload由pathload_snd和pathload_rcv两个主程序组成,pathload_snd程序运行于服务器端,用以接收来自远程主机(客户端)连接请求,pathload_rcv程序运行于客户端,pathload_rcv程序在命令行使用远程主机名或IP地址指定Pathload服务器,并发起数据连接。
例如,使用Pathload工具对隆盛所、三角所、三角站、万盛客户中心、检修基地至綦南新局数据中心进行可用带宽测量。
在綦南新局服务器端执行./pathload_snd–i,在需要测量的叶子节点客户端执行./pathload_rcv–s 172.28.253.130命令,将会显示出可用带宽测试的结果信息,以三角站测试结果为例,如下所示:
Receiver helong-virtual-machine starts measurements at sender172.28.253.130on Thu Jun 15 10:08:05 2017
Interrupt coalescion detected
Receiving Fleet 0,Rate 83.59Mbps
Receiving Fleet 1,Rate 155.53Mbps
Receiving Fleet 2,Rate 103.97Mbps
Receiving Fleet 3,Rate 111.83Mbps
Receiving Fleet 4,Rate 115.33Mbps
Receiving Fleet 5,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 6,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 7,Rate 95.64Mbps
Receiving Fleet 8,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 9,Rate 102.72Mbps
Receiving Fleet 10,Rate 103.23Mbps
Receiving Fleet 11,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 12,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 13,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 14,Rate 96.74Mbps
Receiving Fleet 15,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 16,Rate 103.27Mbps
Receiving Fleet 17,Rate 103.27Mbps
Receiving Fleet 18,Rate 103.27Mbps
Receiving Fleet 19,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 20,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 21,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 22,Rate 96.74Mbps
Receiving Fleet 23,Rate 105.15Mbps
Receiving Fleet 24,Rate 105.60Mbps
Receiving Fleet 25,Rate 105.80Mbps
*****RESULT*****
Available bandwidth range:101.78-109.81(Mbps)
Measurements finished at Thu Jun 15 10:08:31 2017
Measurement latency is 26.02sec
通过该方法,随机选取5个站点,隆盛所、三角所、三角站、万盛客户中心、检修基地至綦南新局数据中心可用带宽测量结果如表2所示。
表2五个代表站点至綦南新局可用带宽测量结果
隆盛所 三角所 三角站 万盛客户中心 检修基地
可用带宽 87.44-99.74(Mbps) 84.04-96.80(Mbps) 91.68-109.81(Mbps) 75.32-168.11(Mbps) 94.30-123.90(Mbps)
由于綦南电网总体架构中各站点上行流量超过百分之九十均经过綦江站上行至綦南新局,表2中五个站点的上行流量也均经过綦江站,他们所剩余的可用带宽值在100Mbps-150Mbps之间,取典型值150Mbps。前面已测出瓶颈带宽为650Mbps,故已使用带宽值接近500Mbps。又因为不论是采用统计方法的测量结果,还是当前测量的瓶颈带宽和可用带宽,其均存在一定的误差。故可以取一个折中典型值,已使用带宽为450Mbps,该值已快接近瓶颈带宽值的80%,因此,整个网络处于重载运行,一旦有流量突发,网络将会发生拥塞、卡顿。
根据本申请的一个实施例,所述步骤S2具体包括:
S21:采用流量统计技术,采集当前区域内若干站点的业务流量,根据不同的业务将所述若干站点划分为不同的业务类型;
S22:统计区域各业务类型的业务流量,分析区域内各个业务类型的带宽需求以及业务流量增长率,并求出区域内各个业务类型的带宽需求总和。
例如,本实施例中,申请人对随机选取了区域内的11个站点业务流量进行了统计,其结果见表3,表中所有结果均为测量时刻的峰值数据。从表中可以看出,营业所对带宽的占用非常高,变电站产生的业务流量极少,带宽占用排名前三的业务分别是管理信息业务、信息内网(办公)、统一视屏监控。7个营业所带宽总和为272.52Mbps,4个变电站带宽占用为1.5608Mbps。整个綦江电网有19个营业所,46个变电站,假设其余未测站点业务带宽占用分布与表3中一致,则带宽需求总和为:
Figure BDA0001498686010000121
表3随机11个站点业务流量统计
Figure BDA0001498686010000122
根据本申请的一个实施例,步骤S3具体包括
根据带宽需求预测模型:
Figure BDA0001498686010000123
又由于通信数据网络链路中存在带宽固有损耗C,且C值为一常数C≈350Mbps,故有
Figure BDA0001498686010000131
其中,通过上式计算出的带宽值,即为通信数据网络建设的当前通信数据网络链路的实际带宽需求。
例如,鉴于当前测算网络中峰值汇聚流量可达450Mbps,因此,基于当前业务带宽占用情况推算实际链路带宽需求为:
Figure BDA0001498686010000132
考虑实际真实链路带宽为1Gbps,因此,链路需要进行适当扩容。
根据本申请的一个实施例,步骤S4为获取通信数据网络链路的流量收敛比,根据国网通信部对区域内公司断面业务流量需求预测,通过回溯法计算获得未来几年通信数据网络链路的实际带宽需求。
例如,根据国网总部对县公司断面业务流量需求预测,预计未来5年流量需求将达1603.52Mbps(并发比例按100%计算得出)。根据实际测算结果,綦江电网实际并发比例(流量收敛比)为1:2,因此,通过回溯反向推算,未来5年实际带宽需求为:
Figure BDA0001498686010000133
再考通信数据网络链路中存在带宽固有损耗,可得到未来5年实际链路带宽需求为:
Figure BDA0001498686010000134
总的来讲,若要确保当前网络轻载运行,当前网络链路需扩容至大于等于1475Mbps。若要确保未来5年网络均轻载运行,网络链路容量需扩容至大于等于2354.4Mbps。
根据本申请的一个实施例,步骤S5具体包括
根据通信数据网络链路中的所述瓶颈带宽、可用带宽、当前通信数据网络链路的实际带宽需求以及未来几年通信数据网络链路的实际带宽需求确定未来几年的投资建设方向;根据各个业务类型的业务流量增长率,调整未来各几年各业务类型的业务流量分配比例和各业务类型的业务优先级。在对未来各业务类型的业务流量分配时可根据各业务类型的业务流量增长率预测未来几年内各业务类型的业务流量所需占比,然后根据预测出未来几年内各业务类型的业务流量占比重新规划各业务类型的带宽占用比例和优先级,给业务流量多的业务类型分配更多的业务流量,并设置其优先级,优先该业务类型的业务流量需求,而不是采用目前的平均分配方法,可以提高通信数据网络的利用率。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种通信数据网络投资建设评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:获取通信数据网络链路的瓶颈带宽、可用带宽和固有损耗;
S2:通过流量统计技术,分析区域内各个业务类型的带宽需求以及业务流量增长率,并求出区域内各个业务类型的带宽需求总和;
S3:根据带宽需求预测模型计算获得当前通信数据网络链路的实际带宽需求;
S4:获取通信数据网络链路的流量收敛比,根据国网通信部对区域内公司断面业务流量需求预测,通过回溯法计算获得未来几年通信数据网络链路的实际带宽需求;
S5:根据通信数据网络链路中的所述瓶颈带宽、可用带宽、当前通信数据网络链路的实际带宽需求以及未来几年通信数据网络链路的实际带宽需求确定未来几年的投资建设方向;根据各个业务类型的业务流量增长率,调整未来各几年各业务类型的业务流量分配比例和各业务类型的业务优先级。
2.根据权利要求1所述的通信数据网络投资建设评估方法,其特征在于,步骤S1中所述通信数据网络链路的瓶颈带宽的获取方法采用的是变长单包测量法。
3.根据权利要求2所述的通信数据网络投资建设评估方法,其特征在于,采用所述变长单包测量法计算通信数据网络链路的瓶颈带宽的方法具体包括:
根据变长单包测量技术原理,计算数据包k在链路i的延时,
数据包从信源到达链路l的时间
Figure FDA0001498680000000011
为:
Figure FDA0001498680000000012
其中,sk为第k个数据包的大小,bi为链路i的容量,di为链路i的固定延时,
Figure FDA0001498680000000013
为测量主机接入通信网络所带来的固有时延;
数据包k离开链路l的时间为
Figure FDA0001498680000000014
为:
Figure FDA0001498680000000021
故数据包k在链路l经历的延时t为:
Figure FDA0001498680000000022
将上述t等效为端到端路径延时T,则有
Figure FDA0001498680000000023
其中,S为数据包的大小,B为端到端路径瓶颈带宽,D为端到端路径传输时延;
即得到端到端路径瓶颈带宽B为:
Figure FDA0001498680000000024
4.根据权利要求1所述的通信数据网络投资建设评估方法,其特征在于,步骤S1中所述可用带宽通过自负载周期流测量法获取。
5.根据权利要求4所述的通信数据网络投资建设评估方法,其特征在于,步骤S1中所述的可用带宽采用Pathload工具测量获取。
6.根据权利要求1所述的通信数据网络投资建设评估方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括:
S21:采用流量统计技术,采集当前区域内若干站点的业务流量,根据不同的业务将所述若干站点划分为不同的业务类型;
S22:统计区域各业务类型的业务流量,分析区域内各个业务类型的带宽需求以及业务流量增长率,并求出区域内各个业务类型的带宽需求总和。
7.根据权利要求1所述的通信数据网络投资建设评估方法,其特征在于,所述步骤S3具体包括:
S31:根据带宽需求预测模型:
Figure FDA0001498680000000025
又由于通信数据网络链路中存在带宽损耗C,故有
Figure FDA0001498680000000031
其中,上式中的轻载业务流量即为通信数据网络的当前实际通信数据网络链路的带宽需求。
CN201711287166.6A 2017-12-07 2017-12-07 通信数据网络投资建设评估方法 Active CN108011763B (zh)

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